Jugando a las canicas nucleares

En un lugar de la frontera que divide Francia y Suiza, se encuentra el Gran Colisionador de Hadrones (o LHC por su nombre en inglés), el instrumento científico más grande, complejo y costoso que ha construido la humanidad hasta la fecha. Paradójicamente, su principal propósito es observar y analizar las partículas más pequeñas del Universo. Éste fue creado por el Centro Europeo de Investigaciones Nucleares (CERN) en colaboración con más de 20 países, incluyendo México.

Pero vamos por partes. ¿Qué es un colisionador? Como su nombre lo indica, es un aparato que hace chocar dos o más partículas entre sí con mucha fuerza. En el LHC se aceleran y colisionan protones, los cuales son uno de los dos tipos de partículas que componen el núcleo de los átomos, además de iones de plomo, que son átomos de plomo pero cargados eléctricamente. Esto se hace con el fin de generar suficiente energía para crear partículas más pequeñas y evasivas que sólo aparecen en esas condiciones. Pero, para lograr esa energía es necesario que los protones alcancen una velocidad muy cercana a la de la luz, es decir, a casi 1,080,000,000 kilómetros por hora. Tal velocidad equivale a dar siete vueltas y media a la tierra en sólo un segundo.

Para lograr las velocidades que se requieren en los experimentos, en el LHC se aceleran dos pequeñas nubes de protones en direcciones contrarias, a lo largo de un par de conductos circulares que me miden casi 27 kilómetros de largo. Esta aceleración se genera por medio de poderosos imanes que requieren trabajar a temperaturas extremadamente frías. Para poder controlar las condiciones de los imanes y otros componentes delicados, el Gran Colisionador de Hadrones se encuentra enterrado a más de 100 metros de profundidad. Definitivamente es algo grande.

Pero, ¿y qué es un hadrón? Un hadrón es una partícula compuesta de otras más pequeñas e indivisibles llamadas quarks. Existen dos tipos de hadrones: los bariones y los mesones, compuestos de tres y dos quarks respectivamente. El protón es un barión. Cuando dos hadrones chocan uno contra otro con suficiente fuerza, se concentra tanta energía a su alrededor que se crean partículas muy exóticas, las cuales nos pueden revelar información sobre cómo se compone todo lo que existe en el Universo.

Normalmente las partículas que resultan de una colisión de este tipo salen disparadas en todas direcciones a velocidades impresionantes. Para lograr capturar toda esa información que se esparce y desparece en pequeñísimas fracciones de segundo, es necesario utilizar grandes detectores compuestos de múltiples instrumentos sumamente complejos. Los detectores más importantes del LHC son cuatro y se llaman: ATLAS, CMS, ALICE y LHCb.  El primero es el más grande, es tan largo como la mitad de un campo de futbol y tan alto como una ballena azul medida de la nariz a la cola. Estos detectores están colocados en cuatro puntos clave donde los dos tubos que conducen las nubes de hadrones se cruzan y generan las colisiones cuando han alcanzado la velocidad deseada.

México ha participado en la construcción y control del LHC desde el inicio. Algunas partes del detector ALICE fueron creadas y fabricadas en nuestro país por instituciones de la Universidad Nacional Autónoma de México y el Instituto Politécnico Nacional. Además, la UNAM trabaja actualmente en lo que se conoce como GRID, que es una red de información similar a la Internet pero con una capacidad mucho mayor de procesamiento, y está siendo utilizada para intercambiar y almacenar información proveniente de los experimentos del CERN con ayuda de computadoras ubicadas en distintas partes el mundo.

La GRID se compone de un nodo central, denominado como tier cero, ubicado en las instalaciones del CERN y desde donde se distribuye la información capturada a tiers secundarios de que van del nivel 1 al 3. En un futuro la UNAM, a través de la Dirección General de Cómputo y de Tecnologías de la Información y Comunicación, en conjunto con el Instituto de Ciencias Nucleares, representará uno de los nodos de trabajo más importantes de América al ser un tier de nivel 1.

Los experimentos del LHC comenzaron hace ya un par de años y desde entonces han obtenido importantes resultados. Seguramente el más notable hasta la fecha ha sido el descubrimiento de la más misteriosa de todas las partículas elementales, pero cuya existencia había sido imposible confirmar hasta este momento. Hablamos del bosón de Higgs, el cual, según se sabe, es el responsable de hacer que las partículas elementales de las que está compuesta la materia, y que no tienen masa por sí mismas, se comporten como si la tuvieran. La masa es lo que le da consistencia a las partículas y les permite ocupar un solo lugar en el espacio sin salir disparadas a la velocidad de la luz. Gracias a la masa es que existimos físicamente y no sólo como energía dispersa.

Suena complejo y lo es aún más de lo que parece pues, aunque ya se ha confirmado su existencia después de casi 50 años de espera, aún falta precisar qué tipo de Bosón de Higgs se encontró. Según algunas teorías podrían existir hasta seis tipos diferentes de ellos. De ser así será necesario incrementar la fuerza de la colisión en el LHC para descubrir el resto.

Aún son muchos los misterios que hay por descubrir sobre la composición y el funcionamiento básico del Universo, pero los avances tecnológicos que ha logrado la humanidad nos acercan paso a paso hacia ellos. El Gran Colisionador de Hadrones es un gran logro y vale la pena seguir atentos a todo lo que ocurre ahí.